Учнівська вікі-стаття "Процеси, що відбуваються під час замерзання води"
Зміст
Назва проекту
Процеси, що відбуваються під час замерзання води
Автори проекту
Учні 8 класу.
Тема дослідження
Зміна стану води
Проблема дослідження
Гіпотеза дослідження
Вода може не замерзати
Мета дослідження
Дослідити процес "вода - крига"
Результати дослідження
У нормальному стані вода починає перетворюватися на лід при температурі 0 ° С. Процес замерзання води відбувається поблизу центрів кристалізації, які утворюються поблизу місць мікроскопічних збурень. Однак якщо прибрати ці обурення, вода може залишатися рідкою аж до - 43 ° С - такий стан називають переохолодженої водою. Одне з комерційних застосувань цього ефекту впроваджено виробниками напоїв. Спеціальні партії газованої поставляються саме з переохолодженої водою, і коли пляшку в
ідкривають, всередині відразу ж утворюється суміш з напою і льоду
Воду фізики і хіміки називають незвичайною, дивною, нерозгаданою речовиною, вивчати яку дуже важко, її властивості і досі не завжди до кінця прогнозовані. H2O - простота формули вражає, але їй не відповідає ні склад і будова молекули води ні її структура. Звичайно молекулярну масу води вважають такою, що дорівнює 18. Проте зустрічаються молекули і з більшою масою. Пояснюється, це наявністю ряду ізотопів водню і кисню. У природі зустрічається три ізотопи водню і три ізотопи кисню. Теоретично можна скласти 18 типів молекул. Проте, коли взяти до уваги, що частки вмісту ЗH, 170, 18О у природі мізерні, число молекул зменшується до трьох: H2О, D20 і НDO. Молярна фракція дейтерію в природному водні близька до 1/6000, а для тритію вона становить 4*10-5. Тому формула води в першому наближенні може бути записана як H2О. Властивості води багато в чому визначаються особливостями будови її молекули , для якої характерне несиметричне розміщення атомів водню відносно атома кисню. Щоб зобразити молекулу води, використовують трикутну діаграму, де зв'язки Н-О-Н утворюють біля центрального атома кисню кут приблизно 105°. Між ядерні відстані О-Н становлять приблизно 0,1 нм, а відстань між ядрами атомів водню близька до 0,15 нм. Завдяки асиметричному розподілу позитивних і негативних зарядів молекула води мав яскраво виражену полярність молекулу води називають диполем.
Ця властивість молекули води мав,велике значення, пояснюючи, наприклад, здатність води розчиняти багато речовин. Структура води залежить від її агрегатного стану. Стану пари або газу точно відповідає формула Н2O і трикутна діаграма молекули, конденсовані стани (вода і лід) характеризуються більшою щільністю впакування молекул, яка визначає ступінь відхилень властивостей води від норми.
У твердому стані елементарний конгломерат являє собою розміщену в центрі молекулу води, яка оточена чотирма периферичними молекулами, що утворюють тетраедр. У рідкому стані кілька молекул води асоційовані специфічними зв'язками, які називають водневими, коли кожний атом водню пов'язаний з атомом кисню сусідньої молекули. Структура за формою -тетраедрична. Специфічна будова молекули води та особливості її структури й зумовлюють аномальні і властивості, які значно відрізняють воду од інших водневих сполук і забезпечують її особливу роль у природі та житті людини. Одна з дивовижних властивостей води полягає в тому, що вона єдина речовина на земній кулі яка зустрічається у великих кількостях у природних умовах тобто за звичайних для Землі температури і тиску одночасно в трьох агрегатних станах: газоподібному (водяна пара), рідкому і твердому (лід). Узимку вода, становлячи основну рідку масу озера, укривав його льодом і плавав в небі у формі видимих хмар і невидимої водяної пари. Аномальними температури замерзання та кипіння води. За молекулярною будовою вода подібна до сполук водню з іншими елементами. Наприклад, із сіркою H2S, селеном H2Se, телуром H2Te.
Для цих сполук (гідридів) існує закономірність: чим більша їх молекулярна маса, тим вищі температури їх замерзання та кипіння. Якщо б і вода підпорядковувалася цьому правилу, то її температура замерзання становила б - 90°С, а температура кипіння - 70°С. Це означає, що в природних земних умовах вона не могла б існувати у вигляді пари та льоду. Насправді, як відомо, температура замерзання води 0 °С, а температура кипіння 100 °С.
Щільність води при пониженні температури спочатку зростає, досягає максимуму при 4°С і починає зменшуватися. Щільність льоду майже на 10% менше, ніж у води, а питомий об'єм на стільки ж більше. Тому лід плаває, а вода, замерзаючи в тріщинах гірських порід, розколює їх.
Незвичайним є характер залежності густини води від зміни температури. Загальне правило полягав в тому, що всі речовини в міру зниження температури зменшуються в об'ємі, густина їх зростає, вода також підпорядкована цьому закону, коли температура знижується до 4°С. Під час подальшого зменшення температури аж до точки замерзання об'єм води збільшується, тобто вода стає менш густою. При 0 °С об'єм збільшується різко, стрибкоподібно на 10%. Таким чином, найбільша густина води 0,99997 г/см3 спостерігається при температурі 3,98°С, при 20°С густина - 0,9982 г/см3.
Висновки
В результаті дослідження було з'ясовано, що при деяких умовах вода може перебувати в рідкому стані при температурі нище нуля.
